2022年厌氧内循环反应器处理P_RCAPMP高浓制浆废水颗粒污泥特性分析参考 .pdf

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1、研究论文?污泥特性?作者 简 介:董 智 慧 女 士,硕士;研究方向:制浆造纸工程及其水污染控制。厌氧内循环反应器处理P2RC APM P高浓制浆废水颗粒污泥特性分析董智慧1李志建1李海东2(11陕西科技大学,陕西西安,710021;21巴克曼实验室,上海,201700 )摘 要:以果汁废水处理系统中UASB反应器的厌氧颗粒污泥作为的接种污泥,以P2RC APMP高浓制浆废水为进水启动厌氧内循环反应器,讨论了厌氧内循环反应器启动前后颗粒污泥的性质变化,包括物理性质、 化学性质 、产甲烷活性、 胞外多聚物以及生物相的变化。结果表明,厌氧内循环反应器内污泥具有较强的活性。关键词:厌氧内循环反应器;

2、P2RC APMP制浆废水;颗粒污泥特性中图分类号:X793文献标识码:A文章编号:02542508X (2009) 1020030204收稿日期:2009205221 (修改稿)Character istics of Granul ar Sludge of the In ternal C irculation Anaerob ic Reactor dur ingTrea ting the W astewater of P2 RC APM PDONG Zhi2hui1,3L I Zhi2jian1L I Hai2 dong2(1.Shaanxi U niversity of Science &

3、 Technology, X ian, Shaanxi Province, 710021;2.B ake m an Lab. , Shanghai,201700 )(3E2mail:dongzhihui28163 . com)Abstract:The granular sludge from UASB which was used for treating wastewater from juice production was chosen as the inoculating sludge,the internal circulati on ( IC)reactor was start2u

4、p when the high concentration wastewater of P2RC APMP was used as the influent.The changesof the characteristics of the granular sludge before and after the start2up process, including the physical character, chem ical character, metha2nogenic activities,contents of ECP and biological character were

5、 analyzed .The results sho wed that the activity of granular sludge is very high.Key words:IC reactor; wastewater of P2RC APM P; characteristics of anaerobic granular sludge P2 RC APMP 1 工艺是在传统APMP制浆工艺流程的基础上发展起来的一种新的制浆工艺, 在一段磨浆后不经过洗浆而是在高浓停留塔中进行一段时间的停留 , 使化学反应继续进行, 在减少化学药品用量的同时改善浆料的性能, 尤其是白度。由于P2 RC

6、APMP制浆工艺耗水量小,纸浆白度高,导致废水的污染负荷高 ,CODCr浓度可达到8000 10000 mg/L,BOD5的量为CODCr的 30% 45% , 属于高浓有机废水, 因此选用较为经济的厌氧方法进行处理。厌氧内循环反应器是在UASB反应器基础上开发成功的第三代高效厌氧反应器, 本实验的主要目的在于探索以果汁废水处理系统中UASB反应器中的颗粒污泥作为接种污泥进行启动, 考察启动前后颗粒污泥的特性变化情况。创新点在于接种污泥不是取自性质相同的造纸废水处理系统 , 而是取自酸性果汁废水处理系统, 以考证接种污泥的来源可以更广泛, 在工程实践中减小地域条件限制 。1材料与方法111实验

7、接种污泥颗粒污泥取自西安某浓缩果汁厂果汁废水处理系统中的UASB 反应器, 果汁厂生产废水的CODCr为2950 mg/L,BOD5为 1805 mg/L,pH值为57, 其中含有大量的糖类、醇类等碳水化合物, 碳源丰富,可生化性强 。从工厂取回的果汁废水在实验室存放,废水已经过酸化。颗粒污泥性质如表1所示 。112实验用水实验室自制P2 RC APMP 制浆废水工艺流程为:木片 化学预浸 一段磨浆高浓停留二段磨浆 。P2 RC APMP制浆废水水质见表2。?03?China Pulp & PaperVol128, No110, 2009名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - -

8、 - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - - 研究论文表1反应器接种颗粒污泥性质污泥来源状态颜色TSS/g?L- 1VSS/g?L- 1VSS/TSS/%西安某浓缩果汁厂颗粒黑色41189231155613表2P2RC APM P制浆废水水质项目CODCr/mg?L- 1BOD5/mg?L- 1SS/mg?L- 1pH值PRC2APMP制浆混合废水9000100003900420096310左右国家一级排放标准1004010069113实验装置 2实验用厌氧内循环( IC) 反应器

9、为有机玻璃制成,总容积 10125 L, 反应区容积418 L, 反应器总高度960mm, 第一级 、第二级反应区的高度比7 5, 沿反应器高度方向等距设置取样孔。其结构如图1所示 。厌氧内循环反应器的工作原理为:废水由底部经由均匀布水装置进入一级反应区被降解, 产生的沼气由一级三相分离器收集, 大量沼气携带一级反应区的泥水混合液沿着提升管上升, 至反应器顶部的气液分离器 , 沼气在此处逸出反应器, 而泥水混合物沿回流管返回到一级反应区的底部。经一级反应区处理后的废水自动进入二级反应区继续处理, 随后经过二级三相分器分离后,废水排出反应器外。图1厌氧内循环反应器结构示意图114分析检测CODC

10、 r: 采用重铬酸钾滴定法 3 ;SS和 VSS: 采用重量法 4;产甲烷活性:采用标准法 4;颗粒污泥粒径分布: 采用湿式筛法 526; 沉降速度: 采用内径 112 cm的玻璃管记时测定(116 m水柱法) 526;胞外多聚糖: 采用硫酸2 苯酚法 7 ; 化学元素分析:采用原子吸收法 3 ; 颗粒污泥形态: 采用扫描电镜。2结果与分析211厌氧污泥的驯化将反应器置于35的恒温箱中启动, 接种污泥存放于冷柜中, 取出污泥并将污泥与热废水接触使之激活 , 然后用取自工厂的果汁废水不经过稀释直接进水进行驯化, 水力停留时间( HRT )20 h。系统开始产气后, 产气量逐渐上升, 表明污泥已由

11、休眠状态进入活化期, 此时将HRT 降至 12 h, 容积负荷为 712 kg/ (m3? d) , 运行 10 d后 CODC r去除率稳定维持在 8213% 8610% , 不连续内循环产生。然后逐渐向果汁废水中添加P2RC APMP制浆综合废水, 第一次添加总水量的20% , 浓度升高至4000mg/L,容积负荷为810 kg/ (m3? d) , CODCr去除率下降至60% ,稳定运行至去除率达到70%。继续增加P2 RC APMP制浆综合废水的比例, 每次添加量增加10% , 历时56 d, 至进水全部为P2 RC APMP 制浆综合废水。在逐渐改变废水比例的过程中, 即在每一个负

12、荷提高段中 , CODC r的去除率都是先稍有下降, 然后再逐渐上升 , 基本维持在70%左右 。启动过程反应器运行状态良好 , 产气量大, 当容积负荷达到20 kg/ (m3? d)时连续内循环形成标志启动运行结束, 进入稳定运行阶段 。保持进水浓度不变, 逐渐缩短HRT,反应器运行到第80 d时 , HRT 为 618 h, 容积负荷达到35kg/ (m3? d) , CODCr去除率能保持在73% 78% , 出水 SS 低于 900 mg/L,继续缩短HRT, 则污泥大量流出反应器 , 可知此时的容积负荷达到了反应器的最高处理能力 。212启动前后颗粒污泥的性质变化21211物理性质接

13、种污泥外观为黑色球体或椭圆形球体, 直径0134218 mm, 密度 11039 kg/L 。反 应 器 启 动 第15 d, 颗粒污泥逐渐变成灰黑色, 45 d后颗粒污泥基本为灰色 。启动结束时, 密度增加到11055 kg/L,反应器启动前后, 反应器中颗粒污泥粒径分布发生明显变化(图 2) 。2 mm以上的颗粒污泥含量由2118%增加到 5715% , 而 115210 mm所占比例由4715%降低到2415% ,210 215 mm 的 颗 粒 污 泥 比 例 由1615%增为 3215% , 最大粒径达到314 mm, 而接种污泥最大粒径不超过3 mm。启动前接种污泥沉降速度为181

14、291135 m /h,而启动 结束 后 颗 粒 污 泥 沉 降 速 度 增 加 到37165 104123 m /h。这可能是由于启动后颗粒污泥的粒径和密度增加所造成的。?13?中国造纸 2009年第28卷第10期名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 4 页 - - - - - - - - - 研究论文21212产甲烷活性启动过程中颗粒污泥的产甲烷活性在不断地增加, 反应器启动初期容积产气率为 0129 L / (L反应器容积? d) , 产气中甲烷含量 60

15、% 75% ; 启动结束时容积产气率为 0176 L /(L反应器容积? d) , 产气中甲烷含量达到78%81%。污泥产甲烷活性接近接种污泥的3倍 ; VSS/ TSS 由接种颗粒污泥的 6717%增加为8918%。产生这种变化的原因在于果汁废水浓度低, 在反应器中不能形成连续内循环, 而 P2 RCAPMP 制浆综合废水浓度高, 并且为碱性废水, 更利于甲烷菌的繁殖与活性增强, 产气量大,反应器达到连续内循环, 内循环促进了基质和颗粒污泥的接触, 提高了传质效果,促进了产甲烷细菌的繁殖和增长 8 , 说明反应器中的颗粒污泥具有很强的活性。21213胞外多聚物胞外多聚物( extra cel

16、lular polymers,简称ECP) 9是微生物在特定环境条件下分泌于细胞体外的一些高分子有机物, 主要成分是糖类和蛋白质, 此外还有核酸、脂类等 。 ECP是影响细菌表面特性的重要因素 , 在颗粒污泥的形成中起重要作用 。接种污泥的ECP为30133 mg/ g VSS,在反应器运行结束时, 测得颗粒污泥ECP含量为45162 mg/ g VSS, 原因在于反应初期较小的有机负荷使污泥活性较低, 细胞分泌物减少 10 。此外 , A lan等人 11 认为ECP是可以被生物降解的, 因此也可能是由于细菌在较低负荷下将ECP作为碳源进行代谢, 从而导致低容积负荷下ECP浓度较低 。同时E

17、CP分泌的增加使得菌体间更易吸附, 使颗粒污泥粒径增大。21214生物相通过对颗粒污泥的表面进行扫描电镜镜检发现, 启动过程中颗粒污泥的生物相发生显著变化(见图3)。接种颗粒污泥表面被大量丝状菌覆盖, 这些丝状菌互相缠绕 , 形成表面凹凸不平的形状, 大量的产甲烷球菌和短杆菌则分布于颗粒污泥内部 ; 启动结束, 颗粒污泥表面的丝状菌明显减少 , 产甲烷球菌和八叠球菌占优势,内部很少见丝状细菌主。颗粒剖面图可以?23?China Pulp & PaperVol128, No110, 2009名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - -

18、- - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - 研究论文显示出污泥外表面部分微生物细胞密度大, 结构紧密 , 而内部结构较为松散, 甚至出现空腔。21214化学性质为了进一步揭示启动过程中颗粒污泥性质变化的原因 , 还对启动过程中颗粒污泥所含的化学元素的变化进行了分析, 结果见表3。从表3中可看出: 构成颗粒污泥灰分的主要元素是Fe、 K、Na, 启动后大部分化学元素含量都发生了变化。启动结束, 颗粒污泥内 Na含量升高, 为接种期的5倍多 , N i、 Co、 K元素含量为接种污泥的2倍 。 Fe元素含量有所降低,颗粒污泥的颜色由

19、黑色变为灰色可能与Fe元素含量减少有关 , 但铁元素降低的原因还有待进一步考证。分析原因 : 颗粒污泥中元素的分布情况与所处理的水质密切相关, 由于P2 RC APMP 制浆废水中主要含有大量糖类 、木素降解产物, 碳源丰富, N、 P缺乏 ,同时需要补充微量元素。污泥中钠元素的大量增加主要是由于木片进行化学预处理过程中添加了NaOH,这是污泥中钠元素的主要来源; 实验中用KH2PO4补充磷的同时为颗粒污泥提供了钾元素; 实验中添加的CoCl2? 6H2O, N iCl2? 6H2O,FeS O4? 7H2O则为微生物生长提供了所需的微量元素Fe、Co、N i。表3颗粒污泥内化学元素分析mg/

20、g元素含量FeCoN iNaK接种污泥 2913100014134010630311580310266启动后污泥271986001810201116815136507110353结 论311 厌氧内循环反应器处理高浓P2 RC APMP 制浆废水在容积负荷达到20 kg/ (m3? d) 时形成连续内循环 , 最高容积负荷达到35 kg/ (m3? d) , CODCr去除率在 73% 78%。312颗粒污泥在厌氧内循环反应器启动前后粒径分布变化明显 , 颗粒污泥粒径明显增大, 分布趋于均匀化,颗粒污泥沉降速度增加, 由反应器启动前最大91135m /h增加到 104123 m /h。313产

21、甲烷活性几乎是接种颗粒污泥活性的3倍 ,表面丝状菌明显减少, 取而代之的是球状菌和短杆菌 , 内部主要是产甲烷球菌。314构成颗粒污泥灰分的主要元素是Fe、 K、Na,启动后大部分化学元素含量都发生了变化, Fe元素含量有所降低, K、Na含量增加明显。参 考 文 献 1陈嘉川,杨桂花,等.速生杨制浆造纸技术与原理M .北京:科学出版社, 2004. 2李志建,胡智锋.厌氧内循环反应器处理草浆综合废水研究 J.中国造纸, 2007, 3: 65. 3国家环保局,等.水和废水监测分析方法M . 3版.北京:中国环境出版社, 1989. 4贺延龄.废水的厌氧生物处理M .北京:中国轻工业出版社,

22、1998. 5 Pereboom J H F, VereijkenT LFM.Methanogenic granule devel2op2ment in full2scale internal circulati on reactors J .W at.Sci. Tech. ,1994, 30( 8) : 9. 6PereboomJ H F.Size distributi on model for methanogenic gran2ulesfrom full2scaleUASB and IC react ors J .W at.Sci.Tech . , 1994,30 (12) : 211.

23、 7 刘志杰,谢 华,俞毓馨,等.厌氧污泥胞外多聚物的提取、 测定法选择J .环境科学, 1994, 15 ( 4) : 23. 8丁莉莉,等.内循环式厌氧反应器启动过程中颗粒污泥的特性 J.环境科学, 2001, 3: 30.9 刘 壮,杨造燕,田淑媛.活性污泥胞外多聚物的研究进展 J.城市环境与城市生态, 1999, 12 (5) : 54. 10 许英杰,等.生产性IC反应器厌氧颗粒污泥的生物学特征 J.环境污染治理技术与设备, 2005 ( 4) : 84. 11A lanW , Obayash i, et al .Anaerobic digestion of extracellull

24、2armi2crobial polysaccharides J.J.W at .Pollut. Control Fed . , 1973, 45( 7) : 1584.CPP(责任编辑:常 青)? 消息 ?福伊特在北京举办“ 造纸行业的绿色未来 ”高峰会谈2009年9月16日,福伊特造纸借第十七届中国国际纸浆造纸、林业展览会及会议之际,在北京凯宾斯基饭店举办“造纸行业的绿色未来”主题高峰会谈 。参加高峰会谈的有造纸行业龙头企业高层代表、国内造纸行业机构领导和资深专家们及福伊特造纸领导层人员,共同探讨造纸行业面临的挑战和机遇。中国轻工业信息中心主任助理兼行业研究处处长郭永新先生、中轻集团副总裁曹振雷博士分别就造纸工业所面临的格局、造纸工业现状及危机后造纸行业的发展进行了精彩演讲。福伊特造纸同期还举办了技术研讨会。(本刊记者)?33?中国造纸 2009年第28卷第10期名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 4 页 - - - - - - - - -